RU2735881C1 - Gas transfer unit - Google Patents

Gas transfer unit Download PDF

Info

Publication number
RU2735881C1
RU2735881C1 RU2020116638A RU2020116638A RU2735881C1 RU 2735881 C1 RU2735881 C1 RU 2735881C1 RU 2020116638 A RU2020116638 A RU 2020116638A RU 2020116638 A RU2020116638 A RU 2020116638A RU 2735881 C1 RU2735881 C1 RU 2735881C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
air
turbine
compressor
heat exchanger
Prior art date
Application number
RU2020116638A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Борисович Болотин
Original Assignee
Николай Борисович Болотин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Борисович Болотин filed Critical Николай Борисович Болотин
Priority to RU2020116638A priority Critical patent/RU2735881C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2735881C1 publication Critical patent/RU2735881C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00Pumping installations or systems
    • F04D25/02Units comprising pumps and their driving means

Abstract

FIELD: gas pumping units.
SUBSTANCE: invention relates to gas pumping units with high-temperature gas turbine engines as drives. Invention objective is to increase efficiency of gas turbine engines with high-temperature turbines. Solving said task is achieved in a gas transfer unit comprising a gas turbine engine with a compressor, a combustion chamber and a turbine, free turbine and discharge compressor, fuel system and synthesis gas system, which comprises second gas bleed system and air bleed system due to compressor, ejector-mixer, to which outputs of the second gas bleed system and the air bleed system are connected, to the outlet of the ejector-mixer there connected in series to the first heat exchanger installed in the exhaust device, and a second heat exchanger mounted on the housing of the chamber and a catalyst. At that, the catalyst is installed inside the auxiliary fuel collector, which is made inside the nozzle plate or on it and with additional channels is communicated with air channels of the injector plate.
EFFECT: higher efficiency of gas transfer units with high-temperature turbines.
8 cl, 30 dwg

Description

Изобретение относится к газоперекачивающим агрегатам - ГПА с высокотемпературными газотурбинными двигателями в качестве приводов.The invention relates to gas pumping units - GPU with high-temperature gas turbine engines as drives.

Известен газоперекачивающий агрегат использующий один из наиболее эффективных методов повышения эффективности процесса сгорания и улучшения экологических характеристик является способ добавки в углеводородное топливо смеси водорода и монооксида углерода, которые могут получаться за счет реформирования природного газа в каталитическом реакторе генератора синтез-газа. (Цыбизов Ю.И., Елисеев Ю.С., Федорченко Д.Г. «Использование синтез-газа для обеспечения экологической безопасности ГТУ», Авиадвигатели XXI века, Москва, ЦИАМ. С. 461-462.2015 г.).Known gas pumping unit using one of the most effective methods to improve the efficiency of the combustion process and improve environmental performance is a method of adding a mixture of hydrogen and carbon monoxide to hydrocarbon fuel, which can be obtained by reforming natural gas in a catalytic reactor of a synthesis gas generator. (Tsybizov Yu.I., Eliseev Yu.S., Fedorchenko D.G. "The use of synthesis gas to ensure the environmental safety of GTU", Aircraft engines of the XXI century, Moscow, TsIAM. P. 461-462.2015).

Недостатки трудности с подогревом исходного сырья в каталитическом реакторе свыше 600°С.Disadvantages: Difficulty with heating the feedstock in a catalytic reactor above 600 ° C.

Известен газоперекачивающий агрегат по патенту РФ на изобретение №2708957, МПК F02C 3/00, опубл. 12.12.2019 г, прототип.Known gas-pumping unit for the RF patent for invention No. 2708957, IPC F02C 3/00, publ. 12.12.2019, prototype.

Этот ГПА содержит газотурбинный двигатель, топливную систему и систему синтез-газа, которая содержит вторую систему отбора газа и систему отбора воздуха из-за компрессора, эжектор-смеситель, к которому присоединены выходы второй систему отбора газа и система отбора воздуха, к выходу из эжектора-смесителя присоединены последовательно первый теплообменник, установленный в выхлопном устройстве, и второй теплообменник, установленный на корпусе камеры, и катализатор.This GPU contains a gas turbine engine, a fuel system and a syngas system, which contains a second gas sampling system and an air sampling system due to the compressor, an ejector-mixer, to which the outlets of the second gas sampling system and an air sampling system are connected, to the outlet of the ejector - of the mixer, the first heat exchanger installed in the exhaust device and the second heat exchanger installed on the chamber body and the catalyst are connected in series.

Недостаток: относительно невысокая эффективность синтез-газа как инициатора процесса горения из-за малого времени жизни радикалов, образующихся в катализаторе, заметно удаленного от форсунок.Disadvantage: the relatively low efficiency of synthesis gas as an initiator of the combustion process due to the short lifetime of the radicals formed in the catalyst, which is noticeably far from the nozzles.

Задачей создания изобретения является повышение экономичности газотурбинных двигателей с высокотемпературными турбинами.The objective of the invention is to improve the efficiency of gas turbine engines with high-temperature turbines.

Достигнутый технический результат: повышение экономичности газоперекачивающих агрегатов с высокотемпературными турбинами.Achieved technical result: increased efficiency of gas-pumping units with high-temperature turbines.

Решение указанной задачи достигнуто в газоперекачивающем агрегате, содержащем газотурбинный двигатель с компрессором, камерой сгорания и турбиной, свободную турбину и нагнетающий компрессор, топливную систему и систему синтез-газа, которая содержит вторую систему отбора газа и систему отбора воздуха из-за компрессора, эжектор-смеситель, к которому присоединены выходы второй систему отбора газа и система отбора воздуха, к выходу из эжектора-смесителя присоединены последовательно первый теплообменник, установленный в выхлопном устройстве, и второй теплообменник, установленный на корпусе камеры и катализатор. При этом, катализатор установлен внутри вспомогательного топливного коллектора, который выполнен внутри форсуночной плиты или на ней, и дополнительными каналами сообщен с воздушными каналами форсуночной плиты.The solution to this problem has been achieved in a gas compressor unit containing a gas turbine engine with a compressor, a combustion chamber and a turbine, a free turbine and an injection compressor, a fuel system and a synthesis gas system, which contains a second gas extraction system and an air extraction system due to the compressor, an ejector the mixer, to which the outlets of the second gas sampling system and the air sampling system are connected, the first heat exchanger installed in the exhaust device and the second heat exchanger installed on the chamber housing and the catalyst are connected in series to the outlet from the ejector-mixer. In this case, the catalyst is installed inside an auxiliary fuel manifold, which is made inside the nozzle plate or on it, and with additional channels communicated with the air channels of the nozzle plate.

В качестве газотурбинного двигателя может быть применен двухконтурный двигатель.A two-circuit engine can be used as a gas turbine engine.

Турбина привода может быть выполнена охлаждаемой и содержит системы охлаждения сопловых аппаратов и ротора с аппаратом закрутки и выполнена регулируемой.The drive turbine can be cooled and contains a cooling system for the nozzle apparatus and a rotor with a swirl apparatus and is adjustable.

Турбина привода может быть выполнена с возможностью регулирования радиального зазора.The drive turbine can be configured to adjust the radial clearance.

Устройство охлаждения турбины может содержать, установленный во втором контуре «воздухо-воздушный» теплообменник, входную полость перед аппаратом закрутки, разделенную на два одинаковых сектора, к входу каждого из которых подсоединены по одному подводящему трубопроводу с отсечным клапаном, который, проведен через сопловые лопатки блоков при помощи проходных втулок.The turbine cooling device may contain an "air-to-air" heat exchanger installed in the second circuit, an inlet cavity in front of the swirling apparatus, divided into two identical sectors, to the inlet of each of which a single supply pipeline with a shut-off valve is connected, which is led through the nozzle blades of the blocks using bushings.

Число сопловых лопаток в блоках может быть выполнено равным трем, полости сопловых лопаток разделены на две: переднюю и заднюю, проходные втулки установлены в средних сопловых лопаток блоков, а к выходу из аппарата закрутки подключен центробежный компрессор, размещенный между диском турбины и дефлектором,The number of nozzle blades in the blocks can be made equal to three, the cavities of the nozzle blades are divided into two: front and rear, the bushings are installed in the middle nozzle blades of the blocks, and a centrifugal compressor is connected to the outlet of the swirl apparatus, located between the turbine disk and the deflector,

В каждой рабочей лопатке может быть выполнено по две полости: передняя и задняя, при этом в переднюю полость выведены отверстия завесы охлаждения передней кромки рабочей лопатки.Each rotor blade can have two cavities: a front and a rear one, while the openings of the cooling curtain of the leading edge of the rotor blade are brought out into the front cavity.

«Воздухо-воздушный» теплообменник может быть установлен концентрично второму теплообменнику через тепловую изоляцию.An "air-to-air" heat exchanger can be installed concentrically with the second heat exchanger through thermal insulation.

Сущность изобретения представлена на чертежах фиг. 1…30, где:The essence of the invention is presented in the drawings. 1 ... 30, where:

- на фиг. 1 приведена схема газоперекачивающего агрегата,- in Fig. 1 shows a diagram of a gas pumping unit,

- на фиг. 2 приведена схема газоперекачивающего агрегата на базе двуконтурного ГТД,- in Fig. 2 shows a diagram of a gas pumping unit based on a two-circuit gas turbine engine,

- на фиг. 3 приведена схема камеры сгорания и турбины привода газотурбинной установки ГПА,- in Fig. 3 shows a diagram of a combustion chamber and a turbine of a gas turbine unit drive,

- на фиг. 4 приведена схема форсуночной плиты и главного топливного коллектора камеры сгорания ГТД,- in Fig. 4 shows a diagram of the nozzle plate and the main fuel manifold of the GTE combustion chamber,

- на фиг. 5 приведена форсуночная плита с форсунками,- in Fig. 5 shows a nozzle plate with nozzles,

- на фиг. 6 приведена схема подвода топлива к форсункам,- in Fig. 6 shows a diagram of the fuel supply to the injectors,

- на фиг. 7 приведена конструкция форсунки,- in Fig. 7 shows the design of the nozzle,

- на фиг. 8 приведен разрез А-А форсунки,- in Fig. 8 shows a section A-A of the nozzle,

- на фиг. 9 приведена форсуночная плита в разрезе,- in Fig. 9 shows the nozzle plate in section,

- на фиг. 10 приведен вид В на форсуночную плиту,- in Fig. 10 shows a view B of the nozzle plate,

- на фиг. 11 приведены графики времени жизни свободных радикалов,- in Fig. 11 shows graphs of the lifetime of free radicals,

- на фиг. 12 представлен пример конкретного выполнения устройства для охлаждения сопловых и рабочих лопаток турбины высокого давления двухконтурного газотурбинного двигателя,- in Fig. 12 shows an example of a specific implementation of a device for cooling nozzle and rotor blades of a high-pressure turbine of a by-pass gas turbine engine,

- на фиг. 13 приведена схема подачи охлаждающего воздуха к аппарату закрутки,- in Fig. 13 shows a diagram of the cooling air supply to the swirling apparatus,

- на фиг. 14 приведена схема подвода охлаждающего воздуха через блоки соловых аппаратов, аппарат закрутки и центробежный компрессор,- in Fig. 14 shows a diagram of the supply of cooling air through the blocks of salt apparatus, a swirl apparatus and a centrifugal compressor,

- на фиг. 15 приведена схема подвода охлаждающего воздуха из секций в аппарат закрутки,- in Fig. 15 shows a diagram of the supply of cooling air from the sections to the swirling apparatus,

- на фиг. 16 приведена схема охлаждения турбины, частичное отключение воздуха,- in Fig. 16 shows the turbine cooling scheme, partial air cut-off,

- на фиг. 17 приведен детальный чертеж турбины привода,- in Fig. 17 is a detailed drawing of the drive turbine,

- на фиг. 18 приведен блок сопловых лопаток вид слева,- in Fig. 18 shows a block of nozzle blades left side view,

- на фиг. 19 приведен вид С на блок сопловых лопаток,- in Fig. 19 shows a view C of the block of nozzle blades,

- на фиг. 20 приведен разрез D-D сопловой лопатки,- in Fig. 20 shows a D-D section of a nozzle blade,

- на фиг. 21 приведен разрез Е-Е сопловой лопатки,- in Fig. 21 shows a section E-E of a nozzle blade,

- на фиг. 22 приведена рабочая лопатка турбины, первый вариант,- in Fig. 22 shows the turbine rotor blade, the first version,

- на фиг. 23 приведена рабочая лопатка турбины, второй вариант,- in Fig. 23 shows the turbine rotor blade, the second version,

- на фиг. 24 приведена конструкция центробежного компрессора, разрез F-F на фиг. 17, первый вариант,- in Fig. 24 shows the design of a centrifugal compressor, section F-F in FIG. 17, first option,

- на фиг. 25 приведена конструкция центробежного компрессора, разрез F-F, второй вариант,- in Fig. 25 shows the design of a centrifugal compressor, section F-F, the second option,

- на фиг. 26 приведен фрагмент чертежа рабочего колеса,- in Fig. 26 shows a fragment of the drawing of the impeller,

- на фиг. 27 приведен вид G на фиг. 26,- in Fig. 27 is a view of G in FIG. 26,

- на фиг. 28 приведен чертеж компоновки сектора и подводящего трубопровода, разрез Н-Н,- in Fig. 28 shows a drawing of the sector layout and the supply pipeline, section H-H,

- на фиг. 29 приведены второй теплообменник и «воздухо-воздушный» теплообменник, установленные на корпусе камеры сгорания,- in Fig. 29 shows the second heat exchanger and the "air-to-air" heat exchanger installed on the combustion chamber housing,

- на фиг. 30 приведен разрез I-I на фиг. 29.- in Fig. 30 shows a section I-I in FIG. 29.

Перечень обозначений, принятых в описании:List of designations used in the description:

1. блок управления 1,1.control unit 1,

2. линия измерения 2,2.measurement line 2,

3. контроллер измерения 3,3.measurement controller 3,

4. датчики 4,4.sensors 4,

5. линия управления 5,5.control line 5,

6. контроллер управления 6,6.controller 6,

7. исполнительные механизмы 7,7. actuators 7,

8. газотурбинный двигатель 8,8.Gas turbine engine 8,

9. воздухоочистительное устройство 9,9.air cleaning device 9,

10. выхлопное устройство 10,10.exhaust device 10,

11. свободная турбина 11,11.free turbine 11,

12. вал компрессора 12.12.Compressor shaft 12.

13. нагнетающий компрессор 13,13.power compressor 13,

14. входная газовая труба 14,14.inlet gas pipe 14,

15. выходная газовая труба 15.15.outlet gas pipe 15.

16. воздушный тракт 16,16.air path 16,

17. воздухозаборник 17,17.air intake 17,

18. компрессор 18,18.compressor 18,

19. полость 19.19.cavity 19.

20. турбина привода 20,20.turbine drive 20,

21. газовый тракт 21,21. gas path 21,

22. камера сгорания 22,22. combustion chamber 22,

23. корпус камеры 23,23. camera body 23,

24. жаровая труба 24,24. Combustion tube 24,

25. форсуночная плита 25,25.nozzle plate 25,

26. топливо-воздушная форсунка 26,26. fuel-air injector 26,

27. главный топливный коллектор 27,27. main fuel manifold 27,

28. топливные каналы 28,28.fuel channels 28,

29. вспомогательный топливный коллектор 29,29. auxiliary fuel manifold 29,

30. вспомогательный топливный канал 30,30. auxiliary fuel channel 30,

31. топливопровод 31,31. fuel line 31,

32. регулятор расхода 32,32. flow regulator 32,

33. клапан 33,33. valve 33,

34. система синтез-газа 34,34 syngas system 34,

35. вторая система отбора газа 35,35 second gas sampling system 35,

36. отсечной клапан 36,36. shut-off valve 36,

37. система отбора воздуха 37,37. air bleed system 37,

38.эжектор-смеситель 38.38. ejector-mixer 38.

39. первый теплообменник 39,39. first heat exchanger 39,

40. второй теплообменник 40,40. second heat exchanger 40,

41. катализатор 41,41.catalyst 41,

42. канал синтез-газа 42,42. synthesis gas channel 42,

43. трубопровод охлаждающего воздуха 43,43. cooling air pipe 43,

44. воздухо-воздушный теплообменник 44,44. air-to-air heat exchanger 44,

45. теплоизоляция 45,45 thermal insulation 45,

46. второй контур 46.46 second circuit 46.

47. корпус двигателя 47,47. engine block 47,

48. воздушный коллектор 48,48. air manifold 48,

49. сопловая лопатка 49,49.nozzle blade 49,

50. внешний воздушный канал 50,50. external air duct 50,

51. внутренний воздушный канал 51,51.inner air channel 51,

52. первая воздушная магистраль 52,52. first air line 52,

53. первый воздушный клапан 53,53. first air valve 53,

54. вторая воздушная магистраль 54,54 second air line 54,

55. второй воздушный клапан 55,55 second air valve 55,

56. выходное отверстие 56,56.outlet 56,

57. первый внутренний канал 57,57.first inner channel 57,

58. второй внутренний канал 58,58.Second inner channel 58,

59. внутренняя воздушная полость 59,59. inner air cavity 59,

60. сектора 60,60.sector 60,

61. перегородки 61,61. partitions 61,

62. осевой зазор 62,62. axial clearance 62,

63. аппарат закрутки 63,63. spinner 63,

64. статор 64,64. stator 64,

65. воздушные каналы 65,65. air ducts 65,

66. рабочее колесо 66,66. impeller 66,

67. внутренняя полость 67,67.inner cavity 67,

68. рабочая лопатка 68,68. rotor blade 68,

69. дефлектор 68,69.Deflector 68,

70. центробежный компрессор 70,70. centrifugal compressor 70,

71. лопасть 71,71.blade 71,

72. входной участок 72,72. entrance section 72,

73. входная кромка соплового аппарата 73,73. inlet edge of the nozzle 73,

74. отверстия тепловой завесы 74,74.heat curtain holes 74,

75. проточная часть турбины 75,75. turbine flow path 75,

76. блок 76,76. block 76,

77. большой бандаж 77,77. large bandage 77,

78. малый бандажи 78,78.small bandages 78,

79. диагональная перегородка 79,79.Diagonal partition 79,

80. передняя полость 80,80.the anterior cavity 80,

81. задняя полость 81,81.the back cavity 81,

82. внешние отверстия 82,82. outer holes 82,

83. внутренние отверстия 83,83.inner holes 83,

84. передний дефлектор 84,84.front deflector 84,

85. задний дефлектор 85,85.back deflector 85,

86. вихревая матрица 86,Vortex matrix 86,

87. выходная кромка 87,87 trailing edge 87,

88. выходная щель 88,88 exit slit 88,

89. обтекаемые лопатки 89,89. streamlined blades 89,

90. внешнее уплотнение 90,90. outer seal 90,

91. внутреннее уплотнение 91,91. inner seal 91,

92. ступица 92,92. hub 92,

93. входная кромка рабочей лопатки 93,93. leading edge of the rotor blade 93,

94. отверстия завесы охлаждения 94,94. cooling curtain holes 94,

95. бандажная полка 95,95.shroud shelf 95,

96. уплотнение 96,96. seal 96,

97. выходная кромка 97,97. trailing edge 97,

98. выходная щель 98,98.exit slit 98,

99. вал двигателя 99,99. motor shaft 99,

100. второй вал двигателя 100,100. second motor shaft 100,

101. замок 101,101.lock 101,

102. перегородка 102,102.Baffle 102,

103. передний канал 103,103. front channel 103,

104. задний канал 104,104.Back channel 104,

105. диффузор 105,105.diffuser 105,

106. перегородки 106,106.Baffles 106,

107. внутренняя стенка 107,107.inner wall 107,

108. внешняя стенка 108,108. outer wall 108,

109. зазор 109.109. gap 109.

110. датчик измерения радиальных зазоров 110,110. sensor for measuring radial clearances 110,

111. оребрение второго теплообменника 111,111. fins of the second heat exchanger 111,

112. оребрение воздухо-воздушного теплообменника 112.112. air-to-air heat exchanger fins 112.

α0 - угол установки обтекаемых лопаток,α 0 - angle of installation of streamlined blades,

α1 - угол истечения потока охлаждающего воздуха из аппарата закрутки,α 1 - angle of outflow of cooling air from the swirling apparatus,

β0 - угол установки входной кромки лопасти,β 0 - angle of installation of the leading edge of the blade,

U - скорость вращения диска,U - disk rotation speed,

V - общая скорость истечения охлаждающего воздуха,V is the total speed of the cooling air flow,

V0 - осевая составляющая скорости истечения воздуха,V 0 - axial component of the air outflow velocity,

Vu - окружная составляющая скорости истечения воздуха,V u - the circumferential component of the air outflow velocity,

Предложенный газоперекачивающий агрегат - ГПА на базе одноконтурного газотурбинного двигателя (фиг. 1) содержит блок управления 1, линии измерения 2, соединяющие его с контроллером измерения 3 и датчиками 4, линию управления 5, соединяющую его с контроллером управления 6, который соединен с исполнительными механизмами 7,The proposed gas pumping unit - GPA based on a single-circuit gas turbine engine (Fig. 1) contains a control unit 1, measurement lines 2 connecting it to the measurement controller 3 and sensors 4, a control line 5 connecting it to the control controller 6, which is connected to the actuators 7,

ГПА содержит газотурбинный двигатель 8, воздухоочистительное устройство 9, выхлопное устройство 10, свободную турбину 11, вал компрессора 12. нагнетающий компрессор 13, входную газовую трубу 14, соединенную с входом в нагнетающий компрессор 13 и выходную газовую трубу 15. соединенную с выходом нагнетающего компрессора 13.The GPU contains a gas turbine engine 8, an air cleaning device 9, an exhaust device 10, a free turbine 11, a compressor shaft 12. an injection compressor 13, an inlet gas pipe 14 connected to the inlet to the injection compressor 13 and an outlet gas pipe 15. connected to the outlet of the injection compressor 13 ...

Газотурбинный двигатель 8 содержит воздушный тракт 16, воздухозаборник 17, компрессор 18, полость 19 за ним, турбину, привода 20, газовый тракт 21, камеру сгорания 22.The gas turbine engine 8 contains an air duct 16, an air intake 17, a compressor 18, a cavity 19 behind it, a turbine, a drive 20, a gas duct 21, a combustion chamber 22.

Камера сгорания 22 содержит корпус камеры 23, жаровую трубу 24, форсуночную плиту 25 с установленными на ней топливо-воздушными форсунками 26, главный топливный коллектор 27, соединенный топливными каналами 28 с топливо-воздушными форсунками 26, Внутри форсуночной плиты 25 или на ней установлен вспомогательный топливный коллектор 29 для подвода к нему синтез-газа.The combustion chamber 22 contains a chamber body 23, a combustion tube 24, a nozzle plate 25 with fuel-air injectors 26 installed on it, a main fuel manifold 27 connected by fuel channels 28 with fuel-air injectors 26, an auxiliary one is installed inside the nozzle plate 25 or on it. fuel manifold 29 for supplying synthesis gas thereto.

Форсуночная плита 25 содержит дополнительные топливные каналы 30 для подвода синетез-газа в топливо-воздушные форсунки 26 и смешения его с воздухом (фиг. 1, 2, 8 и 9).The nozzle plate 25 contains additional fuel channels 30 for supplying the synthesis gas to the fuel-air injectors 26 and mixing it with air (Figs. 1, 2, 8 and 9).

Газотурбинный двигатель 8 содержит топливопровод 31, регулятор расхода 32 и клапан 33 для подачи топлива.The gas turbine engine 8 includes a fuel line 31, a flow regulator 32 and a valve 33 for supplying fuel.

Кроме того, он содержит систему синтез-га 34, которая содержит вторую систему отбора газа 35 с вторым отсечным клапаном 36 и систему отбора воздуха 37 из-за компрессора 18, эжектор-смеситель 38, к которому присоединены выходы второй системы отбора газа 35 и система отбора воздуха 37. К выходу из эжектора-смесителя 38 присоединены последовательно первый теплообменник 39, установленный выхлопном устройстве 10 и второй теплообменник 40, установленный на корпусе камеры 23 и катализатор 41, Катализатор 41 установлен внутри вспомогательного топливного коллектора 29, выполненного на внешнем торце форсуночной плиты 25, т.е. максимально близко к топливо-воздушным форсункам 26. (фиг. 2 и 3) и соединен с вторым теплообменником 40 каналом синтез-газа 42.In addition, it contains a synthesis gas system 34, which contains a second gas sampling system 35 with a second shut-off valve 36 and an air sampling system 37 due to the compressor 18, an ejector-mixer 38, to which the outlets of the second gas sampling system 35 and the system air intake 37. The first heat exchanger 39 installed in the exhaust device 10 and the second heat exchanger 40 installed on the chamber housing 23 and the catalyst 41 are connected in series to the outlet from the ejector-mixer 38. The catalyst 41 is installed inside the auxiliary fuel manifold 29 made on the outer end of the nozzle plate 25, i.e. as close as possible to the fuel-air injectors 26. (Fig. 2 and 3) and is connected to the second heat exchanger 40 by a synthesis gas channel 42.

Установка катализатора 41 внутри вспомогательного топливного коллектора 29, выполненного внутри или нафорсуночной плиты 25, т.е. максимально близко к топливо-воздушным форсункам 26. способствует сохранению радикалов синтез-газа 42.The installation of the catalyst 41 inside an auxiliary fuel manifold 29 formed inside or a nozzle plate 25, i.e. as close as possible to the fuel-air injectors 26. contributes to the retention of synthesis gas radicals 42.

Это необходимо потому, что время сохранения почти всех радикалов около 30 наносек (фиг. 11). При скорости движения синтез-газа 100 м/с почти все радикалы рекомбинируют после прохождения 3 см.This is necessary because the retention time of almost all radicals is about 30 nanoseconds (Fig. 11). At a synthesis gas velocity of 100 m / s, almost all radicals recombine after passing 3 cm.

Газотурбинный двигатель 8 (фиг. 2…4) целесообразно выполнить высокотемпературным, двухконтурным и с кольцевой многофорсуночной камерой сгорания 22 и с охлаждаемой первой турбиной привода 20.The gas turbine engine 8 (Fig. 2 ... 4) is expediently performed as a high-temperature, double-circuit and with an annular multi-nozzle combustion chamber 22 and with a cooled first drive turbine 20.

Турбина привода 20 содержит трубопровод охлаждающего воздуха 43, воздухо-воздушный теплообменник 44, входящий в систему охлаждения турбины привода 20 и установленные на втором теплообменнике 40 через теплоизоляционную прокладку 41 во втором контуре 46 под корпусом двигателя 47.The drive turbine 20 includes a cooling air pipeline 43, an air-to-air heat exchanger 44, which is included in the cooling system of the drive turbine 20 and mounted on the second heat exchanger 40 through an insulating gasket 41 in the second circuit 46 under the engine housing 47.

В систему охлаждения входят воздушный коллектор 48 над сопловыми лопатками 49 турбины привода 20.The cooling system includes an air manifold 48 above the nozzle blades 49 of the drive turbine 20.

Камера сгорания 22 содержит внешний воздушный канал 50 и внутренний воздушный канал 51, выполненные над и под жаровой трубой 24. (фиг. 3 и 4).The combustion chamber 22 comprises an outer air duct 50 and an inner air duct 51 above and below the flame tube 24 (Figs. 3 and 4).

Система охлаждения камеры сгорании турбины привода 20 содержит первую воздушную магистраль 52, первый воздушный клапан 53, вторую воздушную магистраль 54, второй воздушный клапан 55.The cooling system of the combustion chamber of the turbine of the drive 20 comprises a first air line 52, a first air valve 53, a second air line 54, and a second air valve 55.

Во всех, или в части сопловых лопаток 49 установлены проходные втулки 56 для подвода охлаждающего воздуха через сопловые лопатки 49 к ротору турбины привода 20 (фиг. 3).In all, or in part of the nozzle blades 49, there are bushings 56 for supplying cooling air through the nozzle blades 49 to the rotor of the drive turbine 20 (Fig. 3).

Для охлаждения ротора турбины привода 20 выполнены первый внутренний канал 57 и второй внутренний канал 58, внутренняя воздушная полость 59, разделенная на сектора 60 перегородками 61. осевой зазор 62, аппарат закрутки 63, закрепленный на статоре 64.To cool the rotor of the turbine of the drive 20, the first inner channel 57 and the second inner channel 58, the internal air cavity 59, divided into sectors 60 by partitions 61 are made. The axial gap 62, the swirling device 63, fixed on the stator 64.

Топливопитание камеры сгорания 20 ГПА осуществляется газом, перекачиваемым самим турбонасосным агрегатом.Fuel supply to the combustion chamber of 20 GPU is carried out with gas pumped by the turbopump unit itself.

Основной особенностью предложенного ГПА является наличие катализатора 41, уложенного во вспомогательном топливном коллекторе 29 на внешнем торце форсуночной плиты 25, максимально близко к форсункам 26 для сохранения активности радикалов, (фиг. 3, 4 и 11).The main feature of the proposed GPU is the presence of a catalyst 41, laid in an auxiliary fuel manifold 29 on the outer end of the nozzle plate 25, as close as possible to the nozzles 26 to maintain the activity of radicals (Figs. 3, 4 and 11).

Для значительного повышения температуры газа перед турбиной привода с целью создания экономичного газотурбинного двигателя 8 применена эффективная система охлаждения турбины привода 20 (фиг. 16 и 17), содержащая системы охлаждения сопловых лопаток и ротора турбины привода 20.To significantly increase the temperature of the gas in front of the drive turbine in order to create an economical gas turbine engine 8, an efficient cooling system of the drive turbine 20 (Figs. 16 and 17) is used, which contains systems for cooling the nozzle blades and the rotor of the drive turbine 20.

Для этого применены воздушные каналы 65, выполненные в рабочем колесо 66, внутренняя полость 67, рабочая лопатка 68, дефлектор 69, центробежный компрессор 70, лопасть 71, входной участок 72. Сопловые лопатки 49 содержат входную кромку соплового аппарата 73, отверстия тепловой завесы 74, проточная часть турбины 75For this, air channels 65 are used, made in the impeller 66, the inner cavity 67, the rotor blade 68, the deflector 69, the centrifugal compressor 70, the blade 71, the inlet section 72. The nozzle blades 49 contain the inlet edge of the nozzle apparatus 73, the openings of the heat curtain 74, turbine flow path 75

Сопловые лопатки 49 объединены в блоки 76 (фиг. 18…21) и имеют большой бандаж 77, малый бандажи 78, диагональную перегородку 79, переднюю полость 80, заднюю полость 81, внешние и внутренние отверстия 82 и 83 (фиг. 20) для охлаждения блоков 76 соловых лопаток 49.The nozzle blades 49 are combined into blocks 76 (Fig. 18 ... 21) and have a large shroud 77, a small shroud 78, a diagonal partition 79, a front cavity 80, a rear cavity 81, external and internal holes 82 and 83 (Fig. 20) for cooling blocks of 76 salt blades 49.

Внешние отверстия 82 соединяют внешний воздушный канал 50 с полостью сопловых лопаток 49, в а внутренние отверстия 83 соединяют внутренний воздушный канал 51 с полостью сопловых лопаток 49.External openings 82 connect the external air channel 50 with the cavity of the nozzle blades 49, and the internal openings 83 connect the internal air channel 51 with the cavity of the nozzle blades 49.

Для значительного улучшения охлаждения сопловых лопаток 49 в них установлены передний дефлектор 84, задний дефлектор 85, выполнена вихревая матрица 86, а в выходной кромке 87 выполнена выходная щель 88 (фиг. 18…21).To significantly improve the cooling of the nozzle blades 49, a front deflector 84, a rear deflector 85 are installed in them, a vortex matrix 86 is made, and an outlet slot 88 is made in the trailing edge 87 (Fig. 18 ... 21).

Аппарат закрутки 63 (фиг. 12 и 13) содержит обтекаемые лопатки 89, внешнее уплотнение 90, внутреннее уплотнение 91.The swirl apparatus 63 (FIGS. 12 and 13) contains streamlined blades 89, an outer seal 90, an inner seal 91.

Турбина привода 20 (фиг. 12) содержит, установленные на ступице 92 рабочего колеса 66 рабочие лопатки 68. Рабочие лопатки 69 содержат входные кромки рабочей лопатки 93, отверстия завесы охлаждения 94, бандажная полка 95, уплотнение 96, выходную кромку 97 и выходную щель 98.The drive turbine 20 (Fig. 12) contains rotor blades 68 installed on the hub 92 of the impeller 66. The rotor blades 69 contain the leading edges of the rotor blade 93, the cooling curtain holes 94, the shroud 95, the seal 96, the outlet edge 97 and the outlet slot 98 ...

ГТД 8 (фиг. 1) имеет вал двигателя 99, (возможно применение второго вала 100 фиг. 2), замок 101, перегородку 102, передний канал 103, задний канал 104, диффузор 105, перегородки 106, внутреннюю стенку 107, внешнюю стенку 108, датчик измерения радиального зазора 110.GTE 8 (Fig. 1) has an engine shaft 99, (it is possible to use the second shaft 100 of Fig. 2), lock 101, partition 102, front channel 103, rear channel 104, diffuser 105, partitions 106, inner wall 107, outer wall 108 , radial clearance sensor 110.

Наличие датчика измерения радиального зазора 110 позволяет контролировать и управлять величиной радиально зазора в турбине привода 20.The presence of a sensor for measuring the radial clearance 110 allows you to monitor and control the value of the radial clearance in the drive turbine 20.

Особенностью устройства охлаждения ротора турбины является то, что (фиг. 13), входная полость 59 перегородками 61 разделена на одинаковые по размеру сектора 60, обслуживающие по несколько обтекаемых лопаток 89 аппарата закрутки 63 (фиг. 13).A feature of the turbine rotor cooling device is that (Fig. 13), the inlet cavity 59 by partitions 61 is divided into sectors 60 of the same size, serving several streamlined blades 89 of the swirl apparatus 63 (Fig. 13).

Рекомендуемое количество обтекаемых лопаток 89 на один сектор 60:Recommended number of streamlined blades 89 per sector 60:

n=3…7.n = 3 ... 7.

К входам в каждый сектор 60 присоединены первый и второй внутренние воздушные каналы 53 и 54 (фиг. 1 и 13…17). Применение такой схемы обосновано необходимостью поддержания без изменений треугольников скоростей истечения охлаждающего воздуха из аппарата закрутки 23 при изменении его расхода в 2…4 раза Аппарат закрутки 63 содержит, как упоминалось ранее, обтекаемые лопатки 89 и уплотнен внешним и внутренним уплотнениями 90 и 91 (фиг. 3).The first and second internal air ducts 53 and 54 are connected to the entrances to each sector 60 (Figs. 1 and 13 ... 17). The use of such a scheme is justified by the need to maintain without changes in the triangles of the velocities of the outflow of the cooling air from the swirling apparatus 23 when its flow rate changes 2 ... 4 times.The swirling apparatus 63 contains, as mentioned earlier, streamlined blades 89 and is sealed with external and internal seals 90 and 91 (Fig. 3).

Рабочее колесо 66 содержит ступицу 92, к которой присоединен вал двигателя 99 (фиг. 1).The impeller 66 includes a hub 92 to which a motor shaft 99 is attached (FIG. 1).

На фиг. 22 приведен первый вариант рабочей лопатки 68. Она содержит входную кромку рабочей лопатки 57, отверстия завесы охлаждения 58, бандажную полку 59, уплотнение 60, выходную кромку 61, выходную щель 62. Рабочая лопатка 68 имеет замок 101.FIG. 22 shows the first version of the rotor blade 68. It contains the leading edge of the rotor blade 57, the cooling curtain holes 58, the shroud 59, the seal 60, the trailing edge 61, the outlet slot 62. The rotor blade 68 has a lock 101.

На фиг. 23 приведен второй вариант рабочей лопатки 68. Она дополнительно содержит перегородку 104, а ее внутреннюю полость 67 разделена перегородкой 104 на передний канал 105 и задний канал 196.FIG. 23 shows the second version of the rotor blade 68. It additionally contains a partition 104, and its internal cavity 67 is divided by a partition 104 into a front channel 105 and a rear channel 196.

На фиг. 24 приведена конструкция центробежного компрессора 70, первый вариант, центробежный компрессор 70 содержит лопасти 71 радиальной формы с входными участками 72 изогнутой в двух плоскостях формы для уменьшения потерь давления охлаждающего воздуха при входе в центробежный компрессор 70.FIG. 24 shows the design of a centrifugal compressor 70, the first version, the centrifugal compressor 70 contains blades 71 of a radial shape with inlet sections 72 curved in two planes to reduce the pressure loss of the cooling air at the entrance to the centrifugal compressor 70.

На фиг. 25 приведена конструкция центробежного компрессора, второй вариант, центробежный компрессор 70 содержит лопасти 71 криволинейной формы также с входными участками 72 изогнутой формы.FIG. 25 shows the design of a centrifugal compressor, the second version, the centrifugal compressor 70 contains blades 71 of a curved shape also with inlet sections 72 of a curved shape.

На фиг. 26 приведен фрагмент чертежа рабочего колеса 66, оно содержит под дефлектором 69 лопасти 71 с входными участками 72, которые выполнены изогнутыми.FIG. 26 shows a fragment of the drawing of the impeller 66, it contains under the deflector 69 blades 71 with inlet sections 72, which are curved.

На фиг. 27 приведен вид А, видны входные участки 72 изогнутой формы, а на фиг. 18 - приведен чертеж компоновки сектора 62 и трубопровода охлаждающего воздуха 45. Видно, что входные участки 72 выполнены под углом α00, где:FIG. 27 shows a view A, the entrance portions 72 of a curved shape are visible, and in FIG. 18 shows a drawing of the layout of sector 62 and cooling air pipeline 45. It can be seen that the inlet sections 72 are made at an angle α 0 = β 0 , where:

α0 - угол установки обтекаемых лопаток 53,α 0 - installation angle of streamlined blades 53,

α0 - угол истечения потока охлаждающего воздуха из аппарата закрутки 63,α 0 - angle of outflow of cooling air from the swirl apparatus 63,

β0 - угол установки входного участка 72 лопасти 71.β 0 - angle of installation of the inlet section 72 of the blade 71.

В расчетах принято α00.In the calculations, it is assumed that α 0 = α 0 .

При правильно спроектрированной системе охлаждения турбины практически на всех основных режимах соблюдается условие;With a properly designed turbine cooling system, the condition is met in almost all basic modes;

Cu-U,Cu-U,

т.е. окружная скорость вращения диска равна окружной составляющей скорости истечения воздуха практически во всем диапазоне работы ГПА.those. the circumferential speed of rotation of the disk is equal to the circumferential component of the speed of air outflow practically in the entire range of the GPU.

На фиг. 29 приведен диффузор 67, имеющий внутри перегородки 68 в системе охлаждения турбины привода 20 и регулирования радиальных зазоров для уменьшения потери давления охлаждающего воздуха от внезапного расширения воздуха при входе во внутреннюю воздушную полость 61 через диффузор 105 с большим углом диффузорности, имеющий перегородки 106, уменьшающие диффузорность и исключающие отрыв потока от стенок диффузора 105.FIG. 29 shows a diffuser 67, which has inside the baffle 68 in the cooling system of the turbine drive 20 and regulation of the radial clearances to reduce the pressure loss of the cooling air from the sudden expansion of air when entering the internal air cavity 61 through the diffuser 105 with a large diffuser angle, having baffles 106 that reduce diffuser and excluding flow separation from the walls of the diffuser 105.

На фиг. 30 приведена конструкция «воздухо-воздушного» теплообменника 44.FIG. 30 shows the design of the "air-to-air" heat exchanger 44.

РАБОТА ГПАGPA WORK

Работа газоперекачивающего агрегата (фиг. 1 и 2) осуществляют следующим образом:The operation of the gas compressor unit (Fig. 1 and 2) is as follows:

При работе газоперекачивающего агрегата (фиг. 1…30) осуществляют его запуск путем подачи электроэнергии на стартер от внешнего источника энергии (на фиг. 1…30 стартер не показан). Потом открывают клапан 33 (фиг. 1) и топливный газ из выходной газовой трубы 15 по топливопроводу 31 через регулятор расхода 32 подается в главный топливный коллектор 37 и далее в топливо-воздушные форсунки 26 камеры сгорания 22, где смешивается с воздухом, нагнетаемым компрессором 18.When the gas compressor unit is in operation (Fig. 1 ... 30), it is started by supplying electricity to the starter from an external energy source (in Fig. 1 ... 30, the starter is not shown). Then the valve 33 is opened (Fig. 1) and the fuel gas from the outlet gas pipe 15 through the fuel line 31 through the flow regulator 32 is supplied to the main fuel manifold 37 and further to the fuel-air injectors 26 of the combustion chamber 22, where it mixes with the air supplied by the compressor 18 ...

Воздух, необходимый для горения из атмосферы поступает через воздухоочистительное устройство 9 в воздушный тракт 16, далее - в компрессор 18 в полость 19 и в камеру сгорания 22 для использования при горении.The air required for combustion from the atmosphere enters through the air cleaning device 9 into the air duct 16, then into the compressor 18 into the cavity 19 and into the combustion chamber 22 for use in combustion.

Продукта сгорания из камеры сгорания.22 выходят в турбину 20 и далее через газовый тракт 21 в свободную турбину 11 которая через вал компрессора 12 приводит в действие нагнетающий компрессор 13 для перекачки газа.The combustion product from the combustion chamber 22 goes into the turbine 20 and then through the gas duct 21 into the free turbine 11 which drives the injection compressor 13 through the compressor shaft 12 to pump gas.

Одновременно небольшой расход газа отбирают из выходной газовой трубы 15 для системы синтез-газа 34 через вторую систему отбора газа 35 и отсечной клапан 36. Для подачи в инжектрор-смеситель 38, где смешивают с воздухом. Воздух высокого давления отбирается из полости 19 по системе отбора воздуха 37. Смесь воздуха с газом подогревают сначала до 450°С…500°С в первом теплообменнике 39, установленном в выхлопном устройстве 10. Далее смесь воздуха с газом дополнительно подогревают во втором теплообменнике 40. Второй теплообменник 40 устанавливают на корпусе камеры 23. Для современных ГТД возможно подогреть смесь воздуха с газом до 600…800°С необходимых для создания синтез-газа, т.е. смеси, содержащей радикалы. Для большей эффективности синтез-газ пропускают через катализатор 41, установленный во вспомогательном топливном коллекторе 29.At the same time, a small gas flow rate is taken from the gas outlet pipe 15 for the syngas system 34 through the second gas sampling system 35 and the shut-off valve 36. For feeding into the injector-mixer 38, where it is mixed with air. High-pressure air is taken from the cavity 19 through the air sampling system 37. The air-gas mixture is first heated to 450 ° C ... 500 ° C in the first heat exchanger 39 installed in the exhaust device 10. Then the air-gas mixture is additionally heated in the second heat exchanger 40. The second heat exchanger 40 is installed on the body of the chamber 23. For modern gas turbine engines, it is possible to heat a mixture of air with gas up to 600 ... 800 ° C required to create synthesis gas, i.e. mixtures containing radicals. For greater efficiency, the synthesis gas is passed through a catalyst 41 mounted in an auxiliary fuel manifold 29.

Вспомогательный топливный коллектор 29 установлен внутри или на форсуночной плите 29 (фиг. 3…10), т.е. максимально близко к толпливо-воздушным форсункам 26. Это необходимо для того, чтобы сохранить свободные радикалы (имеющие малое время жизни) до входа в жаровую трубу 24 (фиг. 11).The auxiliary fuel manifold 29 is installed inside or on the nozzle plate 29 (Fig. 3 ... 10), i.e. as close as possible to the crowd-air nozzles 26. This is necessary in order to keep free radicals (having a short lifetime) before entering the flame tube 24 (Fig. 11).

Наличие большого числа радикалов, являющихся инициаторами горения обеспечивает повышение полноты сгорания и уменьшение миссии вредных веществ.The presence of a large number of radicals that initiate combustion provides an increase in combustion efficiency and a decrease in the mission of harmful substances.

В схемах с применением двухконтурного. газотурбинного двигателя 8 (фиг. 2) возможно применение «воздухо-воздушного» теплообменника 44 для снижения температуры охлаждающего воздуха на 200…300°С.In circuits using double-circuit. gas turbine engine 8 (Fig. 2) it is possible to use an "air-to-air" heat exchanger 44 to reduce the temperature of the cooling air by 200 ... 300 ° C.

В качестве охлаждающего воздуха используют воздух высокого давления (до 30…40 кгс/см2). отбираемый из полости 19 за компрессором 18. Этот воздух имеет температуру 450°…500°С и его целесообразно-охладить.High pressure air (up to 30 ... 40 kgf / cm 2 ) is used as cooling air. taken from the cavity 19 behind the compressor 18. This air has a temperature of 450 ° ... 500 ° C and it is expedient to cool it.

Вход воздухо-воздушного теплообменника 44 соединен с полостью 19. а выход соединен с воздушным коллектором 48, установленным над сопловыми лопатками 49 (фиг. 3)The inlet of the air-to-air heat exchanger 44 is connected to the cavity 19. and the outlet is connected to the air manifold 48 installed above the nozzle blades 49 (Fig. 3)

Далее, воздух через первую и вторую воздушные магистрали 52 и 54 и воздушные клапаны 53 и 55 через проходные втулки 56 поступает в первый и второй внутренние каналы 57 и 58 и через внутреннюю воздушную полость 59 в аппарат закрутки 63.Further, air through the first and second air lines 52 and 54 and air valves 53 and 55 through bushings 56 enters the first and second internal channels 57 and 58 and through the internal air cavity 59 into the swirl unit 63.

Из аппарата закрутки 63 безударно входит в центробежный компрессор 70 и через воздушные каналы 65 во внутренние полости 67 рабочих лопаток 68 для их охлаждения..From the swirling apparatus 63 it bumplessly enters the centrifugal compressor 70 and through the air channels 65 into the inner cavities 67 of the rotor blades 68 for their cooling ..

Воздушные каналы 65 соединены с внутренними полостями 67 рабочих лопаток 68, входящих в состав рабочего колеса 66.Air channels 65 are connected to the internal cavities 67 of the rotor blades 68, which are part of the impeller 66.

Центробежный компрессор 70 предназначен для увеличения давления охлаждающего воздуха, что важно при завесном охлаждении. Центробежный компрессор 70 содержит лопасти 71 с входными участками 72, установленными под углом β к оси ОО турбины (фиг. 28).The centrifugal compressor 70 is designed to increase the pressure of the cooling air, which is important for curtain cooling. The centrifugal compressor 70 contains blades 71 with inlet portions 72 set at an angle β to the turbine axis RO (Fig. 28).

На водных входных кромках 73 рабочих лопаток 68 выполнены отверстия тепловой завесы 74 для сообщения с проточной частью турбины 35 (фиг. 1).On the water inlet edges 73 of the rotor blades 68, openings of the thermal curtain 74 are made to communicate with the flow path of the turbine 35 (Fig. 1).

На всех режимах охлаждение сопловых лопаток 49 обеспечивается воздухом из внешнего и внутреннего воздушных каналов, 50 и 51 через внешнее и внутреннее отверстия 82 и 83 камеры сгорания 22 (фиг. 12).In all modes, the cooling of the nozzle blades 49 is provided by air from the external and internal air channels 50 and 51 through the external and internal openings 82 and 83 of the combustion chamber 22 (Fig. 12).

Подачу охлаждающего воздуха для охлаждения турбины привода 20 в варианте ГПА (фиг. 2) осуществляют следующим образом.The supply of cooling air for cooling the turbine drive 20 in the version of the GPU (Fig. 2) is as follows.

При снижении оборотов двигателя и температуры газа перед турбиной по команде с блока управления 1 по электрическим связям 2 (фиг. 1) уменьшают расход охлаждающего воздуха путем закрытия части отсечных клапанов 53 или 55 (фиг. 15). Таким образом, расход охлаждающего воздуха в передний и задний каналы 102 и 103 рабочих лопаток 68 падает, но увеличивается в тракте камеры сгорания 22, тем самым, увеличивая массу рабочего тела в турбине. Для сохранения режима работы двигателя снижают подачу топлива в камеру сгорания 22, что снижает температуру газа перед турбиной и уменьшает удельный расход топлива двигателя, т.е. улучшает экономичность.With a decrease in engine speed and gas temperature in front of the turbine, on command from the control unit 1 via electrical connections 2 (Fig. 1), the cooling air flow rate is reduced by closing part of the shut-off valves 53 or 55 (Fig. 15). Thus, the flow rate of cooling air in the front and rear channels 102 and 103 of the rotor blades 68 decreases, but increases in the path of the combustion chamber 22, thereby increasing the mass of the working fluid in the turbine. To maintain the engine operating mode, the fuel supply to the combustion chamber 22 is reduced, which lowers the gas temperature in front of the turbine and reduces the specific fuel consumption of the engine, i.e. improves efficiency.

Датчики измерения радиальных зазоров 110 (фиг. 1) постоянно контролируют и передают в блок управления 1 (бортовой компьютер) величину радиального зазора в турбине и при его увеличении выше допустимого значения (обычно при дросселировании режима работы двигателя) из-за того, что ротор турбины двигателя имеет большую тепловую инерцию, чем статор турбиныSensors for measuring radial clearances 110 (Fig. 1) constantly monitor and transmit to the control unit 1 (on-board computer) the value of the radial clearance in the turbine and when it increases above the permissible value (usually when throttling the engine operation mode) due to the fact that the turbine rotor the motor has a higher thermal inertia than the turbine stator

Применение для каждого сектора 60 своего отсечного клапана 53 и 55 позволяет на пониженных режимах работы двигателя уменьшить в 2 раза расход охлаждающего воздуха, без снижения его давления и без изменения треугольников скоростей истечения охлаждающего воздуха из аппарата закрутки 63 (фиг. 15 и 28).The use of its own shut-off valve 53 and 55 for each sector 60 allows, at low engine operating conditions, to halve the consumption of cooling air, without reducing its pressure and without changing the triangles of the velocities of the outflow of cooling air from the swirling apparatus 63 (Figs. 15 and 28).

На фиг. 15 приведена работа системы охлаждения при отключенном клапане 53.FIG. 15 shows the operation of the cooling system when valve 53 is off.

На фиг. 28 приведены треугольники скоростей для предложенной системы охлаждения турбины, где:FIG. 28 shows the speed triangles for the proposed turbine cooling system, where:

U - скорость вращения диска,U - disk rotation speed,

V - общая скорость истечения охлаждающего воздуха,V is the total speed of the cooling air flow,

V0 - осевая составляющая скорости истечения воздуха,V 0 - axial component of the air outflow velocity,

Vu - окружная составляющая скорости истечения воздуха,V u - the circumferential component of the air outflow velocity,

α0 - угол установки обтекаемых лопаток 88 аппарата закрутки 63,α 0 - angle of installation of streamlined blades 88 of the swirl apparatus 63,

α1 - угол истечения потока охлаждающего воздуха из аппарата закрутки 63,α 1 - the angle of outflow of the cooling air flow from the swirl apparatus 63,

β0 - угол установки входного участка 72 лопасти 71 центробежного компрессора 70.β 0 - angle of installation of the inlet section 72 of the blade 71 of the centrifugal compressor 70.

Учитывая, что приблизительно:Considering that approximately:

α10,α 1 = α 0 ,

предложено на максимальном режиме работы двигателя обеспечить равенство углов:it is proposed to ensure equality of angles at maximum engine operation:

α10,α 1 = β 0 ,

где: α1 - угол истечения потока охлаждающего воздуха из аппарата закрутки,where: α 1 - angle of outflow of cooling air from the swirling apparatus,

β0 - угол установки входной кромки лопасти, а на других режимах обеспечить максимально близкие значения углов α1 и β0.β0 - the angle of installation of the leading edge of the blade, and in other modes provide the closest possible values of the angles α1 and β0...

Эти мероприятия обеспечат безударный вход охлаждающего воздуха в центробежный компрессор 70 и уменьшит потери давления воздуха в системе охлаждения турбины привода.These measures will provide a shockless entry of cooling air into the centrifugal compressor 70 and reduce the air pressure loss in the cooling system of the drive turbine.

Применение второго 40 и воздухо-воздушного 44 теплообменников, совмещенных с корпусом камеры сгорания 23 позволит повысить прочность корпуса камеры 23 уменьшить загромождение второго контура 46 и тем самым улучшить его экономичность и повысить надежность двигателя исключив поломку «воздухо-воздушного» теплообменника 44 из-за разрушения его стенок или трубок от вибрации.The use of the second 40 and air-to-air 44 heat exchangers, combined with the body of the combustion chamber 23 will increase the strength of the body of the chamber 23, reduce the clutter of the second circuit 46 and thereby improve its efficiency and increase the reliability of the engine, eliminating the breakdown of the "air-to-air" heat exchanger 44 due to destruction its walls or tubes from vibration.

Применение блоков 76 сопловых лопаток 49 в количестве по 3 шт в каждом позволит использовать среднюю сопловую лопатку 49 каждого блока 76 для проведения через него проходных втулок 56 к аппарату закрутки 63.The use of blocks 76 of nozzle blades 49 in the amount of 3 pieces in each will make it possible to use the middle nozzle blade 49 of each block 76 to pass through it through bushings 56 to the swirl apparatus 63.

Таким образом, изобретение позволяет, с одной стороны, обеспечить надежность и заданный ресурс работы двигателя, а, с другой стороны, высокую экономичность в конструкциях высокотемпературных турбин в широком диапазоне регулирования по мощности (оборотам) газотурбинного двигателя.Thus, the invention allows, on the one hand, to ensure the reliability and specified service life of the engine, and, on the other hand, high efficiency in the designs of high-temperature turbines in a wide range of power (revolutions) control of the gas turbine engine.

Система охлаждения применима для первых ступеней турбин современных высокотемпературных авиационных и судовых газотурбинных двигателей.The cooling system is applicable for the first stages of turbines of modern high-temperature aircraft and marine gas turbine engines.

Применение изобретения позволило:Application of the invention allowed:

1. Повысить экономичность газоперекачивающего агрегата за счет более полного сгорания углеводородного топлива, что достигнуто применением двух теплообменников для подогрева синтез-газа и размещения катализатора во вспомогательном топливном коллекторе максимально приближенном к топливо-воздушным форсункам.1. To increase the efficiency of the gas pumping unit due to more complete combustion of hydrocarbon fuel, which is achieved by using two heat exchangers for heating the synthesis gas and placing the catalyst in the auxiliary fuel manifold as close as possible to the fuel-air injectors.

2. Уменьшить выхлоп в атмосферу вредных веществ, углерода - С и окислов углерода - СО и окислов азота за счет повышения полноты сгорания топливного газа..2. To reduce the emission of harmful substances into the atmosphere, carbon - C and carbon oxides - CO and nitrogen oxides by increasing the completeness of combustion of fuel gas.

3. Обеспечить работоспособность ГПА при эксплуатации на больших высотах (в высокогорных районах) за счет применения ионизированного воздуха или озона.3. Ensure the operability of the GPU during operation at high altitudes (in high mountain areas) through the use of ionized air or ozone.

4. На максимальных режимах повысить степень сжатия компрессора газотурбинного двигателя за счет реализации более полного сгорания топлива и повышения мощности основной и свободной турбин.4. At maximum modes, increase the compression ratio of the gas turbine engine compressor due to the implementation of more complete fuel combustion and increasing the power of the main and free turbines.

Claims (8)

1. Газоперекачивающий агрегат, содержащий газотурбинный двигатель с компрессором, камерой сгорания и турбиной, свободную турбину и нагнетающий компрессор, топливную систему и систему синтез-газа, которая содержит вторую систему отбора газа и систему отбора воздуха из-за компрессора, эжектор-смеситель, к которому присоединены выходы второй системы отбора газа и система отбора воздуха, к выходу из эжектора-смесителя присоединены последовательно первый теплообменник, установленный в выхлопном устройстве, и второй теплообменник, установленный на корпусе камеры, и катализатор, отличающийся тем, что катализатор установлен внутри вспомогательного топливного коллектора, который выполнен внутри форсуночной плиты или на ней, и дополнительными каналами сообщен с воздушными каналами форсуночной плиты.1. A gas compressor unit containing a gas turbine engine with a compressor, a combustion chamber and a turbine, a free turbine and an injection compressor, a fuel system and a synthesis gas system, which contains a second gas sampling system and an air bleed system due to the compressor, an ejector-mixer, to to which the outlets of the second gas sampling system and the air bleeding system are connected, the first heat exchanger installed in the exhaust device, and the second heat exchanger installed on the chamber body, and the catalyst, characterized in that the catalyst is installed inside the auxiliary fuel manifold, are connected in series to the outlet from the ejector-mixer , which is made inside the nozzle plate or on it, and with additional channels communicated with the air channels of the nozzle plate. 2. Газоперекачивающий агрегат по п. 1, отличающийся тем, в качестве газотурбинного двигателя применен двухконтурный двигатель.2. Gas pumping unit according to claim 1, characterized in that a bypass engine is used as a gas turbine engine. 3. Газоперекачивающий агрегат по п. 2, отличающийся тем, что турбина привода выполнена охлаждаемой и содержит системы охлаждения сопловых аппаратов и ротора с аппаратом закрутки и выполнена регулируемой.3. Gas-pumping unit according to claim 2, characterized in that the drive turbine is cooled and contains a cooling system for nozzle devices and a rotor with a swirling device and is made adjustable. 4. Газоперекачивающий агрегат по п. 3, отличающийся тем, что турбина привода выполнена с возможностью регулирования радиального зазора.4. Gas pumping unit according to claim 3, characterized in that the drive turbine is configured to adjust the radial clearance. 5. Газоперекачивающий агрегат по п. 3, отличающийся тем, что устройство охлаждения турбины содержит установленный во втором контуре «воздухо-воздушный» теплообменник, входную полость перед аппаратом закрутки, разделенную на два одинаковых сектора, к входу каждого из которых подсоединены по одному подводящему трубопроводу с отсечным клапаном, который проведен через сопловые лопатки блоков при помощи проходных втулок.5. Gas pumping unit according to claim 3, characterized in that the turbine cooling device contains an air-to-air heat exchanger installed in the second circuit, an inlet cavity in front of the swirling apparatus, divided into two identical sectors, to the inlet of each of which one supply pipeline is connected with a shut-off valve, which is passed through the block nozzle blades by means of bushings. 6. Газоперекачивающий агрегат по п. 5, отличающийся тем, что число сопловых лопаток в блоках выполнено равным трем, полости сопловых лопаток разделены на две: переднюю и заднюю, проходные втулки установлены в средних сопловых лопаток блоков, а к выходу из аппарата закрутки подключен центробежный компрессор, размещенный между диском турбины и дефлектором.6. The gas pumping unit according to claim 5, characterized in that the number of nozzle blades in the blocks is made equal to three, the cavities of the nozzle blades are divided into two: front and rear, bushings are installed in the middle nozzle blades of the blocks, and a centrifugal one is connected to the outlet of the swirl apparatus. a compressor located between the turbine disc and the deflector. 7. Газоперекачивающий агрегат по п. 5, отличающийся тем, что в каждой рабочей лопатке выполнено по две полости: передняя и задняя, при этом в переднюю полость выведены отверстия завесы охлаждения передней кромки рабочей лопатки.7. The gas-pumping unit according to claim 5, characterized in that each rotor blade has two cavities: front and rear, while the openings of the cooling curtain of the leading edge of the rotor blade are brought out into the front cavity. 8. Газоперекачивающий агрегат по п. 5, отличающийся тем, что «воздухо-воздушный» теплообменник установлен концентрично второму теплообменнику через тепловую изоляцию.8. Gas pumping unit according to claim 5, characterized in that the "air-to-air" heat exchanger is installed concentrically to the second heat exchanger through thermal insulation.
RU2020116638A 2020-05-12 2020-05-12 Gas transfer unit RU2735881C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020116638A RU2735881C1 (en) 2020-05-12 2020-05-12 Gas transfer unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020116638A RU2735881C1 (en) 2020-05-12 2020-05-12 Gas transfer unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2735881C1 true RU2735881C1 (en) 2020-11-09

Family

ID=73398331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020116638A RU2735881C1 (en) 2020-05-12 2020-05-12 Gas transfer unit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2735881C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2773994C1 (en) * 2021-08-13 2022-06-14 Николай Борисович Болотин Gas pumping unit

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2273741C1 (en) * 2005-03-10 2006-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Самара-Авиагаз" Gas-steam plant
RU155146U1 (en) * 2014-11-18 2015-09-20 Валерий Дмитриевич Дудышев GAS PUMPING UNIT
RU2708957C1 (en) * 2019-01-17 2019-12-12 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" Gas-turbine unit of gas transfer unit

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2273741C1 (en) * 2005-03-10 2006-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Самара-Авиагаз" Gas-steam plant
RU155146U1 (en) * 2014-11-18 2015-09-20 Валерий Дмитриевич Дудышев GAS PUMPING UNIT
RU2708957C1 (en) * 2019-01-17 2019-12-12 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара" Gas-turbine unit of gas transfer unit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2773994C1 (en) * 2021-08-13 2022-06-14 Николай Борисович Болотин Gas pumping unit
RU2773995C1 (en) * 2021-08-20 2022-06-14 Николай Борисович Болотин Gas pumping unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3318743B1 (en) Intercooled cooled cooling integrated air cycle machine
RU2462600C2 (en) Turbine design and method to cool band installed near turbine blade edge
US8307662B2 (en) Gas turbine engine temperature modulated cooling flow
US5680767A (en) Regenerative combustor cooling in a gas turbine engine
UA80962C2 (en) Heat exchanger on a turbine cooling circuit
EP1444417A1 (en) High pressure turbine blade cooling scoop
EP3318742B1 (en) Intercooled cooling air heat exchanger arrangement
CN103703218A (en) Apparatus and method for reducing air mass flow for extended range low emissions combustion for single shaft gas turbines
RU2735040C1 (en) Gas transfer unit
US2543864A (en) Jet propulsion unit with rotatab combustion chamber
RU2733681C1 (en) Cooling method of working blades of turbine of double-flow gas turbine engine and device for its implementation
RU2735881C1 (en) Gas transfer unit
US10738703B2 (en) Intercooled cooling air with combined features
US3782111A (en) Method and apparatus for generating waste gases
RU2730558C1 (en) Double-flow turbine jet engine
RU2376483C1 (en) Nuclear gas turbine engine with afterburning
RU2362034C2 (en) Pulse gas-turbine engine (versions)
RU2758172C1 (en) Gas pumping unit
US11815015B2 (en) Gas turbine system and moving body including the same
RU2773995C1 (en) Gas pumping unit
RU2764940C1 (en) Gas pumping unit
RU2803681C1 (en) Birotating bypass gas turbine engine
RU2733641C1 (en) Aircraft gas turbine power plant
RU2785168C1 (en) Gas pumping unit
GB2564689A (en) Turbine mounted pump for EGR